黄鑫云

(中北大学 光电仪器厂,山西 太原 030051)

0 引言

验光仪升降结构中支撑光学系统的是托梁，它的结构与光学系统的运动平稳度、仪器整体的质量和外形尺寸等密切相关。设计中要求托梁在保证一定强度的前提下，质量越轻、外形尺寸越小越好。本文采用整体有限元分析方法，借助有限元分析软件SolidWorks Simulation对托梁进行有限元分析，从而得到准确的、快速的设计，优化了方案，以降低产品的设计成本，缩短开发周期，给企业带来最大的经济效益。

1 理论基础

SolidWorks Simulation软件采用了有限元方法 (FEM)[1]。FEM是一种用于分析工程设计的数字方法。FEM将模型划分为许多称作单元的简单小块形状，从而有效地用许多需要同时解决的小问题来替代一个复杂问题。SolidWorks Simulation是一个与 SolidWorks完全集成的设计分析系统，它一般可分为三个部分：前期处理、分析计算和后期处理。前期处理包括零件模型的建立、定义材料属性、指定约束和载荷及划分网格；后期处理包括结果输出和优化[2]。

2 三维模型的建立

根据验光仪的升降结构，在SolidWorks中建立了托梁的三维几何模型，如图1所示。

图1 验光仪托梁三维几何模型

3 Simulation有限元分析[3]

3.1 定义材料属性

选定托梁的材料为2014铝合金，其弹性模量(EX)为7.3×1010N/m2，泊松比(NUXY)为0.33NA，屈服强度(SIGYLD)为9.651×107 N/m2[4]。

3.2 指定约束和载荷

对托梁的约束有A、C两圆柱面加上B平面，其中A、C两面约束了托梁在x，z方向的移动与转动以及y方向的转动，B面约束了托梁y方向的移动，故“约束”可设置为A、B、C三面(图2)[5]。新型验光仪的光学系统质量约为5kg，故在D面上垂直施加“载荷”为50N的力(图3)。……